CN105736239A - 一种机械制动系统释放状态下风机叶片钢缆连接装置 - Google Patents

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盛美萍
韩飞
吴晴晴
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Abstract

本发明涉及一种机械制动系统释放状态下风机叶片钢缆连接装置。通过在风机叶片上增设钢缆连接装置，并充分利用机械制动系统调整装有双接头连接装置的风机叶片与地面夹角，有效应对恶劣气象条件下风向突变的情况，避免机械制动系统可能出现的过载，并改善风机叶片根部区域出现的应力集中现象，降低风电设备损毁的风险系数。本发明独立于原风机叶片的生产制造过程，实施成本低，不影响风机设备的正常运作。

Description

一种机械制动系统释放状态下风机叶片钢缆连接装置
技术领域
本发明涉及风力发电抗台风领域，具体涉及一种机械制动系统释放状态下风机叶片钢缆连接装置。
背景技术
风电机组的制动系统主要包括空气动力制动和机械制动两种。按照IEC61400-1标准，气动刹车是风机的第一刹车系统，可将风轮转速降至一个较低值，但无法使风机完全停车。机械制动作为第二刹车系统，是对气动刹车的补充，能够在气动刹车的基础上进一步将叶轮转速降低至零，并保持停车状态。
在台风等恶劣天气中，通过偏航控制及顺桨控制，能够极大程度降低风机叶片所受风载，但是当主风向突变时，偏航装置及变桨系统难以做出迅速反应，导致风机叶片无法调整至新的“顺桨”姿态，致使风机叶片上承受巨大的风载荷，极易引起舱内机械制动设备的过载，造成齿轮箱等设备的损毁，严重时还可导致风机叶片的折断。
近期，国内已有研究团队提出解决风机叶片抗台风的新措施，通过若干线缆将所有风机叶片连为一体，叶片顺桨后，通过控制系统对钢缆施加控制力，并作用至风机叶片，以此增强叶片根部强度，达到有效抵御台风的目的。这一措施将三根风机叶片连为一体，能够提高风机叶片的整体强度，但是对于刹车控制系统的要求较高，当台风主风向突变时，风机叶片在风载作用下会驱使叶轮转动，若风载较大，机械制动系统所受载荷会进一步放大，存在损毁失效的风险。
发明内容
本发明的目的在于解决恶劣气象条件下，由于风向突变对风机设备造成严重损毁的问题，本发明充分利用风机的机械制动系统，提出了一种低成本、易实施的机械制动系统释放状态下风机叶片钢缆连接装置，用于保障风机设备在极端条件下的安全。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种机械制动系统释放状态下风机叶片钢缆连接装置，由一套双接头连接装置、两套单接头连接装置和两条钢缆组成。所有风机叶片上均安装连接装置，各单接头连接装置与双接头连接装置之间通过钢缆连接。台风来临之际，当风机叶片通过常规顺桨操作完成气动刹车后，通过风机机械制动系统调整装有双接头连接装置的风机叶片与地面水平，然后机械制动系统恢复释放状态。当风向突变时，由于装有双接头连接装置的风机叶片与地面水平，因此风向改变对于该叶片的影响较小；装有单接头连接装置的两根风机叶片受风向改变的影响，会承受一定风载荷，此时钢缆连接装置可为风机叶片提供自适应的张紧力，提高风机叶片的强度；此外，由于这两根叶片关于装有双接头连接装置的风机叶片近似为轴对称关系，因此受力基本平衡，可暂时解除机械制动系统的制动状态，使机械制动系统免于因承载过大引起的损坏。
本发明的特征还在于，单接头连接装置以及双接头连接装置均主要由上套筒、下套筒组成，上套筒在风机叶片的叶盆侧进行安装，下套筒在风机叶片的叶背侧进行安装。结构形式简单，且便于加工及装卸操作。
本发明的特征还在于，在双接头连接装置的上套筒、下套筒外侧中央区域均布置了钢缆接头。
本发明的特征还在于，在一套单接头连接装置的上套筒外侧中央区域均布置钢缆接头，在另一套接头连接装置下套筒外侧中央区域布置钢缆接头。
本发明的特征还在于，所有连接装置均采用不锈钢材质，连接装置外侧喷刷防锈漆，降低日常使用中雨水侵蚀作用的影响，保证连接装置的可靠性。
本发明的特征还在于，所有连接装置的上、下套筒在叶片前缘及后缘处通过螺栓连接，连接方式便于装卸，可提高装置的重复使用率。
本发明的特征还在于，上、下套筒在叶片前缘以及叶片后缘处的螺栓孔在叶长方向上为单列均布的布局类型，使各连接螺栓在正常工作时受力均匀。
本发明的特征还在于，连接装置内表面的轮廓与风机叶片对应区域的轮廓等距，距离为50mm，在上、下套筒内侧敷设橡胶层，橡胶层厚度为50mm，用于保护风机叶片与之接触的表面，并起到摩擦增阻的作用。
本发明的特征还在于，所有连接装置靠近叶根一侧与风机叶片宽度最大处对齐，连接装置靠近叶尖一侧距离风机叶片宽度最大处为叶长的5％。正常工作时，连接装置将受到钢缆在叶根方向上的作用力分量，可实现所有连接装置的自锁功能，进一步增强所有连接装置与叶片连接的稳定性。
本发明的特征还在于，钢缆在各连接装置之间的有效连接长度为叶片最大截面到叶根距离的倍。
本发明的有益效果是：风机叶片的整体强度得到提高，机械制动设备损毁的风险大大降低，风机设备能够有效应对恶劣气象条件下风向突变的情况。本发明实施成本低，增装的设备不影响风电系统变桨和顺桨过程。
附图说明
图1是机械制动系统释放状态下风机叶片钢缆连接装置的示意图。
图2是机械制动系统释放状态下风机叶片钢缆连接装置的局部示意图。
图3是机械制动系统释放状态下风机叶片钢缆连接装置极端工作模式示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施案例，对本发明的机械制动系统释放状态下风机叶片钢缆连接装置的实施方式进行详细阐述。
如图1所示，机械制动系统释放状态下的风机叶片钢缆连接装置主要由单接头连接装置2、单接头连接装置7、双接头连接装置4,、钢缆3以及钢缆6组成。风机叶片1上的连接装置2、风机叶片5上的连接装置4通过钢缆3连为一体，风机叶片4上的连接装置2、风机叶片8上的连接装置7通过钢缆6连为一体。所有连接装置2、4、7靠近叶根一侧与风机叶片宽度最大处对齐，靠近叶尖一侧距离风机叶片宽度最大处为叶长的5％。正常工作时，连接装置将受到钢缆在叶根方向上的作用力分量，可实现所有连接装置的自锁功能，进一步增强所有连接装置与叶片连接的稳定性。钢缆在各连接装置之间的有效连接长度为叶片最大截面到叶根距离的倍。
如图2所示，单接头连接装置2主要由上套筒9、下套筒10组成，其中上套筒9在风机叶片1的叶盆侧进行安装，下套筒10在风机叶片1的叶背侧进行安装。套筒内侧敷设橡胶层11，橡胶层厚度为50mm，用于保护风机叶片与之接触的表面，并起到摩擦增阻的作用。上套筒9与下套筒10在叶片前缘处通过单列布局型式的螺栓13连接，上套筒9与下套筒10在叶片后缘处通过单列布局型式的螺栓12连接。在下套筒10外侧中央区域均布置钢缆接头14，用于与钢缆3连接。所有连接装置外侧喷刷防锈漆，降低日常使用中雨水侵蚀作用的影响，保证连接装置的可靠性。
台风来临之际，根据预报的台风主风向，通过偏航装置调整叶轮正对台风主风向；在采取气动刹车制动的过程中，所有风机叶片完成常规顺桨操作；进一步通过机械制动系统调整风机叶片5与地面水平，然后解除机械制动系统的制动效果。
如图3所示，在台风主风向发生90°偏转的极端情况下，已完成顺桨操作的风机叶片将以最大的迎风面积承受风力载荷，由于风机叶片5与地面水平，因此其受到台风风向突变的影响较小，风机叶片1与风机叶片8仍会受到台风突变分量的作用力，由于迎风面积基本相同，因此以风机叶片3为轴线，风机叶片整体在叶片3以上及以下区域受力基本平衡，即该状态为系统受力平衡状态，由于机械制动系统已解除制动效果，因此不存在齿轮箱等机械设备过载的情况。于此同时，斜拉弦2、斜拉弦4分别为风机叶片1与风机叶片8提供自适应的张紧力，进而改变台风作用下风机叶片1与风机叶片8上的应力分布，改善叶片根部可能出现的应力集中现象。

Claims (5)

1.一种机械制动系统释放状态下风机叶片钢缆连接装置，其特征在于：机械制动释放下风机叶片钢缆连接装置由一套双接头连接装置、两套单接头连接装置和两条钢缆组成。
2.一种机械制动系统释放状态下风机叶片钢缆连接装置，其特征在于：在风机叶片常规顺桨操作结束后，进一步通过机械制动系统调整装有双接头连接装置的风机叶片与地面水平，然后解除机械制动系统的制动状态。
3.一种机械制动系统释放状态下风机叶片钢缆连接装置，其特征在于：风向改变时，装有双接头连接装置的风机叶片不受风载荷作用。
4.一种机械制动系统释放状态下风机叶片钢缆连接装置，其特征在于：装有单接头的两根风机叶片所受风载大小相等。
5.一种机械制动系统释放状态下风机叶片钢缆连接装置，其特征在于：台风主风向突变时，钢缆为风机叶片提供自适应张紧力。
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